ICP等离子去胶机工作原理：光刻胶是怎样被去掉的？

ICP等离子去胶机利用电感耦合（感应耦合）产生等离子体，以活性物种与光刻胶的反应实现干法去胶。常见氧基工艺将有机胶转化为可挥发产物，再由真空系统排出。

在芯片和微电子器件制造中，光刻胶承担着临时保护层的作用。它经过曝光、显影形成图形，保护不需要加工的区域，让刻蚀或其他工序在指定位置进行。等这项任务完成，光刻胶就需要被清除，为后续加工让出表面。

去胶看起来只是清理一道薄膜，实际并不简单。胶要去干净，下面的金属、介质和微细结构还要保留下来。尤其是经过烘烤、刻蚀或离子注入的光刻胶，其表面状态已经改变，去除难度往往与刚涂覆的胶膜不同。

ICP的作用，是把能量送进工艺气体

ICP是Inductively Coupled Plasma的缩写，中文称为电感耦合等离子体，也常称感应耦合等离子体。

典型ICP等离子源在介质窗或放电管外设置感应线圈。射频电流通过线圈时，产生随时间变化的磁场，进而在放电区域形成感应电场。气体中的电子从电场获得能量，与气体分子碰撞，促使其发生解离、电离和激发。

原本的工艺气体由此变成包含电子、离子、自由基和中性粒子的等离子体。

这里的"感应耦合"，说的是能量传递方式。线圈主要用于向放电区域输送能量，并不是直接加热晶圆。晶圆在处理过程中仍可能升温，但其温升需要结合等离子作用、反应和冷却条件单独考虑。

对于去胶而言，产生等离子体只是第一步。更重要的是，能否让足够的活性物种到达胶膜表面，并持续参与反应。

光刻胶如何从一层固体薄膜变成排出的气体？

氧气是等离子去胶中常见的工艺气体。在放电作用下，一部分氧分子解离，形成反应活性较高的氧物种。

这些活性物种到达光刻胶表面后，会与其中的有机组分反应，逐步破坏原有的高分子结构。能够挥发的反应产物离开表面，再随气流进入真空排气系统。氧基灰化的产物可包含碳氧化物和水，具体组成与胶的配方及处理条件有关。更详细的反应机理可参阅等离子灰化与光刻胶去除原理。

因此，光刻胶通常是随着反应逐渐变薄，而不是整张膜从晶圆上剥落。

整个过程可以概括为：

工艺气体进入 → ICP源产生等离子体 → 活性物种到达胶面 → 胶膜发生反应 → 产物脱附并排出。

这种去除有机材料的过程通常也称为"等离子灰化"。虽然名称中带有"灰"，工艺目标却不是在晶圆上留下灰烬，而是尽可能将目标有机物转化并排走。

如果光刻胶或刻蚀残留中含有难挥发的无机成分，氧灰化后仍可能留下残留。这时需要判断残留性质，再决定是否配合其他清洗步骤。

图1　带独立基片偏置的ICP-RIE结构示意。ICP去胶可采用不同结构与偏置条件，并非所有去胶设备均按图示配置。

为什么ICP适合用于去胶？

ICP能够提供较高密度的等离子体，为去胶反应提供活性物种。实际去胶速度仍取决于活性物种输运、胶膜状态、温度和装载等条件。

它在设备设计上的一个特点，是产生等离子体的能量输入，不必完全依赖晶圆所在电极。

对于配置独立基片偏置的系统，源功率与基片偏置提供了不同的调节手段：前者主要影响等离子体产生，后者主要影响离子到达基片时的能量条件。不过，两者仍可能相互影响，并非完全独立。

去胶不一定需要很强的离子轰击。对于以化学反应为主的任务，设备可以围绕活性物种供应和材料保护进行设计，而不是单纯提高晶圆受到的轰击强度。

这也意味着，ICP去胶工艺不等同于ICP刻蚀工艺，也不是所有ICP去胶设备都需要配置或使用较强的基片偏置。部分ICP-RIE平台可通过经验证的氧基配方进行去胶，但去胶能力不能仅由设备名称判断。设备如何布置等离子源、晶圆和输运通道，要根据胶膜与下层材料决定。更详细的设备结构对比可参阅等离子去胶设备结构与选型。

高密度等离子体，会不会损伤晶圆？

"等离子体密度高"和"晶圆受损严重"不是同一个概念，但高密度也不代表天然无损伤。

晶圆受到的影响与离子能量、光辐射、充电、化学反应和温度都有关系。有些设备让晶圆靠近放电区域，有些采用远程或下游结构，让活性物种从源区输送到处理位置。不同结构会改变到达表面的粒子组成和作用方式。

对已经形成器件的晶圆，去胶时还要考虑暴露材料。例如，氧基工艺在去除有机物的同时，可能改变某些金属的氧化状态；部分低介电材料也可能受到氧等离子体影响。

判断工艺是否合适，既要看胶有没有去净，也要检查需要保留的材料是否发生了不允许的变化。

一台ICP去胶机里，其他系统在做什么？

ICP源负责产生活性物种，但去胶效果需要整台设备配合。

其中，温控和排气容易被忽略。

温度会影响反应和产物脱附，但不能为了加快去胶无限升温。载台显示的温度，也不一定等于晶圆表面的实际温度。背面接触、夹持和装载都可能改变传热。

排气同样重要。反应产物需要及时离开处理区域，真空泵、管路、阀门和腔体通道要相互匹配。只看泵的额定抽速，并不能说明晶圆附近的气体更新情况。

同样厚度的光刻胶，为什么去胶时间不同？

胶膜经历的工序不同

刚涂覆、烘烤后的光刻胶，与经过刻蚀或离子注入的光刻胶，表面性质可能差别很大。有些胶形成较难反应的表层，有些残留混入了前道工艺产生的其他组分。

因此，设备在标准测试胶上的速率，只能说明对应条件下的表现。判断实际生产能力，应使用经历过真实前道工序的样品。

工件位置和装载不同

活性物种在到达胶面之前，可能被其他表面消耗或发生复合。装载数量增加、工件间距缩小，都会改变反应物供应和气体通路。

少量样片能够去净，不代表满载的所有位置都能在同一时间去净。批量设备需要检查中心、边缘及不同层位。

去胶任务本身不同

整体去胶需要清除已经完成任务的光刻胶；显影后的残胶清除，也称Descum，通常只去掉开口中的薄残留，同时保留主体胶图形。

前者关注完整去除和下层保护，后者还要严格控制胶膜损耗与开口尺寸。两种工艺不能直接共用相同处理时间。

功率越大，去胶就越快吗？

在一定范围内，增加源功率可能提高活性物种供应，但速率并不会始终按比例增加。

如果限制去胶的是硬化表层、局部输运或产物脱附，继续增加功率未必能有效解决问题，还可能带来额外温升。气体流量和处理时间也有类似情况。

实际调试需要同时观察三个结果：胶的去除情况、不同位置的一致性，以及下层材料的变化。选定的条件应留有一定余量，使胶厚和来料状态出现正常波动时，仍然能够得到合格结果。

对于设备选型，提供胶种、厚度、前道历史、基片材料和计划装载量，比单独询问最大功率更有用。这些信息决定了设备需要怎样的等离子源、气体、温控和装载结构。

FAQ：ICP等离子去胶机常见问题

ICP去胶机需要很强的离子轰击吗？

不一定。常见氧基去胶以化学反应为主，设备可以围绕活性物种供应和材料保护进行设计，而不是单纯提高晶圆受到的轰击强度。ICP去胶工艺不等同于ICP刻蚀工艺，也不是所有ICP去胶设备都需要配置或使用较强的基片偏置。

高密度等离子体会不会损伤晶圆？

等离子体密度高和晶圆受损严重不是同一个概念，但高密度也不代表天然无损伤。晶圆受到的影响与离子能量、光辐射、充电、化学反应和温度都有关系。有些设备采用远程或下游结构，让活性物种从源区输送到处理位置，改变到达表面的粒子组成和作用方式。

同样厚度的光刻胶，为什么去胶时间不同？

原因可能来自三个方面：胶膜经历的工序不同，经过刻蚀或离子注入的光刻胶表面性质可能差别很大；工件位置和装载不同，活性物种在到达胶面之前可能被消耗或复合；去胶任务本身不同，整体去胶和Descum的关注指标不同。

功率越大，去胶就越快吗？

在一定范围内，增加源功率可能提高活性物种供应，但速率并不会始终按比例增加。如果限制去胶的是硬化表层、局部输运或产物脱附，继续增加功率未必能有效解决问题，还可能带来额外温升。气体流量和处理时间也有类似情况。

ICP去胶机选型时应该提供哪些信息？

提供胶种、厚度、前道历史、基片材料和计划装载量，比单独询问最大功率更有用。这些信息决定了设备需要怎样的等离子源、气体、温控和装载结构。

ICP等离子去胶的原理，可以沿着"产生活性物种—表面反应—排出产物"这条线理解。真正用于生产时，每个环节都要稳定：既让该去掉的胶反应充分，也让已经暴露的材料保持所需状态。